硫化时间对Cu2ZnSnS4薄膜的微观结构的影响
作者单位：河北大学物理科学与技术学院
会议名称：《2017全国太阳能材料与太阳能电池学术研讨会》
会议日期：2017年
学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学]
摘 要：Cu2ZnSnS4（CZTS）薄膜太阳能电池因其成本低、无毒性、组成元素含量丰富等优点而成为一种很有前景的薄膜太阳电池吸收层材料。其理论极限转换效率可以达到32.2%,但实验效率却远小于理论值,因此优化CZTS薄膜的制备工艺,改善其晶体结构,获得高效太阳电池吸收层材料成为目前研究的热点。本文通过射频磁控溅射方法用四元复合靶在镀钼的钠钙玻璃衬底上沉积CZTS薄膜前驱体,再在550℃的温度下经过不同时间的硫化制备了微观结构和成分均得到改善的CZTS薄膜。X射线衍射（XRD）结果显示,未硫化的前驱体结晶质量差,经过不同时间硫化后薄膜都表现出择优的（112）取向,其中20分钟硫化后的样品（112）峰的半高宽较小,晶体质量较好,而且未出现Cu2-xS相。532nm的激光激发的Raman光谱与XRD的结果相互印证,退火后在338cm-1处出现强度较高的峰值,并在287cm-1和368cm-1处也出现了峰值,这与CZTS相的Raman峰对应,其中338cm-1处的峰以20min硫化的最为窄尖,而且在475cm-1处没有出现Cu2-xS相的对应峰。325nm激光激发的Raman谱证实了硫化后薄膜中ZnS相的存在。SEM结果显示,前驱体结构致密,随着硫化时间的增加,出现零星的晶粒长大,再到较大面积晶粒长大,最后出现一些孔洞,有些地方甚至烧焦。由此可知,不同硫化时间很大程度上影响CZTS薄膜的微观结构。能谱分析表明,经过20分钟硫化后获得了贫Cu富Zn的CZTS薄膜,适当的硫化时间可以改善薄膜的晶体质量和组分。